一 : 电冰箱保护器

五邑大学

电子技术基础课程设计

题 目：电冰箱保护器设计与制作

院 系 信息工程学院 专 业 轨道交通自动化 学 号 学生姓名 唐伟轩 指导教师 杨 敏 报告日期 2013年11月

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冰箱保护器 电冰箱保护器

1、 题目概述

我国的市电标准是频率为50HZ，有效值为220V的正弦交流电，但是由于各种用电设备造成的或者是电网的自身原因，到达用户家的电绝对不可能是标准的正弦交流电。［www.61k.com］再加上一些特殊因素造成的事故，如雷雨天气，使得电网出现故障，会使得突然停电，当电网恢复正常时，刚开始那几分钟的电是波动较大且高频分量较多。在此前提下，为了电冰箱的压缩机能正常工作且保证其使用寿命，设计一个电冰箱保护器，当电网因为特殊原因断电后，再次来电时，保护器会自动延时5分钟再给电冰箱压缩机供电，且在市电电压过高（280V）和过低（180V）时切断冰箱电源。

2、 电路设计

2.1、设计要求

根据要求，主要保证电冰箱在电压为180~280时才正常工作，这个功能只需要用LM339设置一个双限比较器就行了，再有一个就是要在市电刚刚到来时，延时5分钟才给电冰箱供电，这里的延时，只需用NE555的单稳态形式就可做到，而这些信号都是施加在继电器上，通过继电器来控制电冰箱的工作与否。通过这些构想，初步画出保护器的电路构架，如图1所示

图1

2.2、电路原理图及工作原理

根据电路构架的细致分析，设计出如图2的主体电路原理图。由于LM339、NE555这两个芯片的工作电压都是在5~18V的直流电为了保证芯片能正常工作，先对市电降压18V交流电，整流后用LM7812稳压到12V给后级供电，而参考电压则直接选取整流后的电压。这里考虑到LM7812要正常工作，必须要有3V

以 2

冰箱保护器 电冰箱保护器

上的工作电压，而220V/15V=14.6,180V/14.6=12.8V，就是当市电低于180V时，LM7812是不能正常工作的，所以才要降压到18V，这样即使市电低于180V，降压后电压都会高于15V，后级都能正常工作。[www.61k.com]

这里的V1为参考输入电压，为了保证能保证这个电压不能高于双限比较器的高端电压最大值，直接两个10K电阻分压，得到的是输入电压的一半。RP2这个电位器这里输入的是双限比较器的高端电压，接到比较器的正电源端，RP3这里输入的是低端比较器的负电源端。当市电刚到来时且在正常电压范围内，此时高端比较器和低端比较器的输出都是高电平，三极管VT1导通，集电极为低电平，而此时的C1电压为零，则使得NE555的2、6脚电压为VCC高于2/3VCC，使得3脚没有输出，为低电平，三极管VT2截止，继电器不能吸合，电冰箱不能工作，此时的NE555为暂稳态，随着C1的充电，经过大概五分钟2、6脚的电压低于1/3VCC，3脚变为有输出，为高电平，三极管VT2导通，继电器吸合，电冰箱正常工作。

图2

当市电高于280V或者是低于180V时，会使得参考输入电压高于高端电压或者是低于低端电压，这时总有一个比较器输出为低电平，另一个为高电平，再根据LM339里输出的开漏特点，这时VT1基极仍然是低电平，VT1不导通，集电

3

冰箱保护器 电冰箱保护器

极为高电平，导通D5，使得NE555的2脚和6脚的电压超过2/3VCC，使得3脚无输出，为低电平，VT2截止，继电器断开，电冰箱停止工作。（www.61k.com）当电压恢复正常时，高端比较器和低端比较器都输出高电平，VT1导通，D5截止，NE555的2、6为低电平，3脚有输出，电冰箱重新正常工作。

2.3、电路的调试及参数的计算

2.3.1、由于调试电路时使用的是直流电，所以把变压器和电冰箱去掉了，加了两个LED灯，分别接在继电器的常闭和常开触点，其中D2绿色LED接在常闭触点，D3红色LED接在常开触点，以方便观察调试，当电压正常时，继电器吸合，D3点亮，否则D2点亮。这里为了更易观察，还把定时作用的电阻改小了，用了100K的电阻，调试的原理图如图3所示。

图3

2.3.2、参数的计算

输入电压的正常范围：

下限电压：220V/18V=12,180V/12=15V,15V/2=7.5V

上限电压：280/12=23V，23V/2=11.5V

所以双限比较器的高端输入电压应该为11.5V，低端电压为7.5V，这个是通过调节ADJ3和ADJ4实现的。

定时时间：

时间常数为T=R*C=220uf*100K=22S

根据零状态电容电压方程Uc=Us（1?et/T），当Uc为2/3时，NE555

的输出就 4

冰箱保护器 电冰箱保护器

会翻转，代入计得定时时间约为30S

2.4、电路板的PCB

为了布局美观和减少电路板的体积，我采用了双面板，虽然制作的难道加大，但是做出来的板无论是在美观还是在体积都有了很大的改进，电路板的PCB如图4所示

图4

3、 焊接调试记录

由于一直都有坚持去实验室参加实践学习，所以焊接很轻松就完成了。[www.61k.com］但是在调试时，却发现无论怎样调整电位器都不能使得继电器吸合，开始怀疑是双限比较器这里除了问题，但是用万用表测得双限比较器的输出电压完全正常，于是就怀疑是NE555这里出了问题，就尝试着直接短路Ne555的1、2脚，相当于让其2、6的电压直接高于2/3VCC，这时却发现继电器能吸合。这时就基本能肯定双限比较器、NE555还有继电器这里都没问题，问题出现在双限比较器输出和NE555的输入这里，而这里的关键部位就是三极管。当我尝试调整比较器的输出，用万用表测三极管的三个极的电压时，却发现无论输出时高电平还是低电平，三个极的电压都不变，这时就断定问题要么时三极管烧了，要么就是装得不对，但是如果三极管烧了，一般都会发热严重或是会有异味的，但是完全没有，于是重新查看

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管脚关系，发现的确是三极管装反了，把发射极接到了集电极的位置上，重新装 5

冰箱保护器 电冰箱保护器

好后，再次上电，在延时30S左右后，继电器马上就吸合了，当调整输入电压超过23V时，继电器马上又动作断开了，经过反复调试，都能正常工作。(www.61k.com]

4、 小结

通过这次的课程设计，感觉不仅仅是锻炼了自己调试电路的能力，更是让我的加深了数电和模电知识相互磨合利用，更是重新把模电的很多知识复习回来。也认识到，做一个工程，一定要懂得把这个工程分解为几个不同功能的模块，然后再逐个击破，把各个模块功能都实现了，才总体合起来调试，这样才能节省时间，也是将低工程开发难度。这次在三极管装反了这个教训更是深深的认识到，以后在这里一定马虎，特别是这些易搞混的原件，更加是要认真对好，幸亏的是这次的这个失误没有造成什么重要原件的烧坏。通过这次课程设计，我学习到的不单是课本上的知识，更多的是学习到，作为一个工程开发人员应有的严谨性，这个是不允许有一点点马虎的，在这之余也要懂得把理论与实践结合起来，这样才能在更短的时间开发出有用的东西来。

5、 参考文献

[1] 李瀚荪 简明电路分析基础[M].北京：高等教育出版社，2002.07

[2] 徐秀平 数字电路与逻辑设计[M].北京：电子工业出版社，2010.07

[3] 廖惜春 模拟电子技术基础[M].武汉：华中科技大学出版，2008.01

[4] 周开利 数字电子技术[M]武汉：华中科技大学出版社，2009.4

[5] 童诗白，华成英 模拟电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社2008.2 6

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二 : 电冰箱过载保护器的检查

电冰箱用的碟形保护器具有过载、过热双重保护作用。(www.61k.com)碟形保护器的结构和电路图形符号如下图所示。

碟形保护器内部是由一个碟形双金属片与一小段电阻丝构成，利用通电后，电阻丝发热来控制电路的通断。

当压缩机正常工作时，保护器的触点是闭合的，电热丝产生的热量不能使双金属片发生形变，触点也就不会分断；当压缩机过载时，电路中的电流增大，电热丝产生的热量增大，这时双金属片发生形变使触点分断，切断了电路，压缩机停止工作，保护了压缩机不会损坏。

用万用表检测时可以使用R×1kΩ档，测量保护器接线两端阻值应为零。若阻值为无穷大，则可能是触点烧毁或触点动作后，不能复位而断路，不能使用；将电烙铁烧热，置于其双金属片上，应能听到触点分断的声音，或观察万用表指针由0回摆到一处。把电烙铁拿开，待双金属片冷却后，触点应能自动复位。若保护器触点不能分断，则触点可能有粘连，不能使用。

三 : 电冰箱保护器

五邑大学

电子技术基础课程设计

题 目：电冰箱保护器设计与制作

院 系 信息工程学院 专 业 轨道交通自动化 学 号 学生姓名 唐伟轩 指导教师 杨 敏 报告日期 2013年11月

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1、 题目概述

我国的市电标准是频率为50HZ，有效值为220V的正弦交流电，但是由于各种用电设备造成的或者是电网的自身原因，到达用户家的电绝对不可能是标准的正弦交流电。再加上一些特殊因素造成的事故，如雷雨天气，使得电网出现故障，会使得突然停电，当电网恢复正常时，刚开始那几分钟的电是波动较大且高频分量较多。在此前提下，为了电冰箱的压缩机能正常工作且保证其使用寿命，设计一个电冰箱保护器，当电网因为特殊原因断电后，再次来电时，保护器会自动延时5分钟再给电冰箱压缩机供电，且在市电电压过高（280V）和过低（180V）时切断冰箱电源。

2、 电路设计

2.1、设计要求

根据要求，主要保证电冰箱在电压为180~280时才正常工作，这个功能只需要用LM339设置一个双限比较器就行了，再有一个就是要在市电刚刚到来时，延时5分钟才给电冰箱供电，这里的延时，只需用NE555的单稳态形式就可做到，而这些信号都是施加在继电器上，通过继电器来控制电冰箱的工作与否。通过这些构想，初步画出保护器的电路构架，如图1所示

图1

2.2、电路原理图及工作原理

根据电路构架的细致分析，设计出如图2的主体电路原理图。由于LM339、NE555这两个芯片的工作电压都是在5~18V的直流电为了保证芯片能正常工作，先对市电降压18V交流电，整流后用LM7812稳压到12V给后级供电，而参考电压则直接选取整流后的电压。这里考虑到LM7812要正常工作，必须要有3V

以 2

上的工作电压，而220V/15V=14.6,180V/14.6=12.8V，就是当市电低于180V时，LM7812是不能正常工作的，所以才要降压到18V，这样即使市电低于180V，降压后电压都会高于15V，后级都能正常工作。

这里的V1为参考输入电压，为了保证能保证这个电压不能高于双限比较器的高端电压最大值，直接两个10K电阻分压，得到的是输入电压的一半。RP2这个电位器这里输入的是双限比较器的高端电压，接到比较器的正电源端，RP3这里输入的是低端比较器的负电源端。当市电刚到来时且在正常电压范围内，此时高端比较器和低端比较器的输出都是高电平，三极管VT1导通，集电极为低电平，而此时的C1电压为零，则使得NE555的2、6脚电压为VCC高于2/3VCC，使得3脚没有输出，为低电平，三极管VT2截止，继电器不能吸合，电冰箱不能工作，此时的NE555为暂稳态，随着C1的充电，经过大概五分钟2、6脚的电压低于1/3VCC，3脚变为有输出，为高电平，三极管VT2导通，继电器吸合，电冰箱正常工作。

图2

当市电高于280V或者是低于180V时，会使得参考输入电压高于高端电压或者是低于低端电压，这时总有一个比较器输出为低电平，另一个为高电平，再根据LM339里输出的开漏特点，这时VT1基极仍然是低电平，VT1不导通，集电

3

极为高电平，导通D5，使得NE555的2脚和6脚的电压超过2/3VCC，使得3脚无输出，为低电平，VT2截止，继电器断开，电冰箱停止工作。当电压恢复正常时，高端比较器和低端比较器都输出高电平，VT1导通，D5截止，NE555的2、6为低电平，3脚有输出，电冰箱重新正常工作。

2.3、电路的调试及参数的计算

2.3.1、由于调试电路时使用的是直流电，所以把变压器和电冰箱去掉了，加了两个LED灯，分别接在继电器的常闭和常开触点，其中D2绿色LED接在常闭触点，D3红色LED接在常开触点，以方便观察调试，当电压正常时，继电器吸合，D3点亮，否则D2点亮。这里为了更易观察，还把定时作用的电阻改小了，用了100K的电阻，调试的原理图如图3所示。

图3

2.3.2、参数的计算

输入电压的正常范围：

下限电压：220V/18V=12,180V/12=15V,15V/2=7.5V

上限电压：280/12=23V，23V/2=11.5V

所以双限比较器的高端输入电压应该为11.5V，低端电压为7.5V，这个是通过调节ADJ3和ADJ4实现的。

定时时间：

时间常数为T=R*C=220uf*100K=22S

根据零状态电容电压方程Uc=Us（1?et/T），当Uc为2/3时，NE555

的输出就 4

会翻转，代入计得定时时间约为30S

2.4、电路板的PCB

为了布局美观和减少电路板的体积，我采用了双面板，虽然制作的难道加大，但是做出来的板无论是在美观还是在体积都有了很大的改进，电路板的PCB如图4所示

图4

3、 焊接调试记录

由于一直都有坚持去实验室参加实践学习，所以焊接很轻松就完成了。但是在调试时，却发现无论怎样调整电位器都不能使得继电器吸合，开始怀疑是双限比较器这里除了问题，但是用万用表测得双限比较器的输出电压完全正常，于是就怀疑是NE555这里出了问题，就尝试着直接短路Ne555的1、2脚，相当于让其2、6的电压直接高于2/3VCC，这时却发现继电器能吸合。这时就基本能肯定双限比较器、NE555还有继电器这里都没问题，问题出现在双限比较器输出和NE555的输入这里，而这里的关键部位就是三极管。当我尝试调整比较器的输出，用万用表测三极管的三个极的电压时，却发现无论输出时高电平还是低电平，三个极的电压都不变，这时就断定问题要么时三极管烧了，要么就是装得不对，但是如果三极管烧了，一般都会发热严重或是会有异味的，但是完全没有，于是重新查看

管脚关系，发现的确是三极管装反了，把发射极接到了集电极的位置上，重新装 5

好后，再次上电，在延时30S左右后，继电器马上就吸合了，当调整输入电压超过23V时，继电器马上又动作断开了，经过反复调试，都能正常工作。

4、 小结

通过这次的课程设计，感觉不仅仅是锻炼了自己调试电路的能力，更是让我的加深了数电和模电知识相互磨合利用，更是重新把模电的很多知识复习回来。也认识到，做一个工程，一定要懂得把这个工程分解为几个不同功能的模块，然后再逐个击破，把各个模块功能都实现了，才总体合起来调试，这样才能节省时间，也是将低工程开发难度。这次在三极管装反了这个教训更是深深的认识到，以后在这里一定马虎，特别是这些易搞混的原件，更加是要认真对好，幸亏的是这次的这个失误没有造成什么重要原件的烧坏。通过这次课程设计，我学习到的不单是课本上的知识，更多的是学习到，作为一个工程开发人员应有的严谨性，这个是不允许有一点点马虎的，在这之余也要懂得把理论与实践结合起来，这样才能在更短的时间开发出有用的东西来。

5、 参考文献

[1] 李瀚荪 简明电路分析基础[M].北京：高等教育出版社，2002.07

[2] 徐秀平 数字电路与逻辑设计[M].北京：电子工业出版社，2010.07

[3] 廖惜春 模拟电子技术基础[M].武汉：华中科技大学出版，2008.01

[4] 周开利 数字电子技术[M]武汉：华中科技大学出版社，2009.4

[5] 童诗白，华成英 模拟电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社2008.2 6

四 : 电冰箱断电保护器电路

电路能在电源停电的状态下继续工作5min，达到保护电冰箱的作用。(www.61k.com)
电冰箱断电保护器电路如图1136所示。T为电源变压器，220V电压经VD1～ⅥM桥式整流后对Ct充
电，供给控制电路+1ZV电压，首次使用．由于G上没有电荷，VT2截止，A点为高电位，．，VT3截止，
双向晶闸管VTHZ由于VD7的触发而导通，负载得电，电冰箱起动工作。
与此同时，R2对c2充电，使B点电位上升，通过R，触发晶闸管VTH1导通，．继电器K吸合，其常
开触点K闭合；二极管VD5对G充电，电压为+12y，电路处于停电保护的预备状态。
一旦电路断电，继电器K失电．常开触点K释放，由于c：1充有电荷，电压为+12V，加在VT2的栅
极上。因为栅极与源极、漏极之间没有电流的联系。故C3上的电荷基本保持不变。C3上的电压加在VT2
的栅源极之间，使VGS大于VT2的开启电压U，从而使场效应晶体管的漏极与源极之间形成一定的导电沟
道，虽然电源没有电压，但漏板D与源极S之间，相当于开关闭合状态。这段时间，若电源来电，VT2处
于导通状态，使A点处于低电位，HL灯亮表示延时保护。晶体管VT3导通，C点处于高电位，二极管
VD7截止，双向晶闸管VTH2待不到触发电流而截止，电冰箱不工作。
在这段时间内．R6上取样电压始终使晶体管Ⅵ’】导通，B点处于低电位，晶闸管VTH1不触发，继
电器K不吸合，常开触点K不动作，维持A点低电位。A点低电位的维持时间可由调节风来控制。
随着C3对砭放电．G上电荷减少，场效应晶体管VT2的漏、源电流逐渐减少，R上取样电压减
少，最终导致VT1截止，B点电位上升，触发VTH1导通，继电器K得电，常开触点．K闭合，.VTZ崴止。
A点转为高电位，C点转为低电位，二极管VD7触发，VTH2导通，电冰箱得电工作。
稳压二授管vs．用于保护VT2场效应晶体昔，‘Rg、C4串联后与VS2并联i保护双向晶闸曾VTHZ、
蜀、HL为延时指示电路。

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